PROCESO DEL ALUMINIO ELECTROMETALURGIA QUISPE CHIRINOS, ROSARIO THALIA
ALUMINIO •
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El aluminio es un elemento químico metálico. Se encuentra en casi todas las rocas, sobre todo en las ígneas, que contienen aluminio en forma de minerales minerales de alúmino alúmino silicato.
ALUMINIO •
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El aluminio es un elemento químico metálico. Se encuentra en casi todas las rocas, sobre todo en las ígneas, que contienen aluminio en forma de minerales minerales de alúmino alúmino silicato.
ALÚMINA •
La alúmina es un material cerámico muy versá sáttil (de color blanco tiza de consistencia simi si mila larr a la ar aren enaa fi fina na), ), su suss pr prop opie ieda dade dess la ha hace cen n es espe peci cial alme ment ntee ap apta ta pa parra ap apliliccac acio ione ness en do dond ndee la te temp mper erat atur uraa es un fac acto torr cr crít ític ico. o.
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Su du durreza ha pe perm rmit itid ido o da darl rlee for orma ma a la in indu dust stri riaa de dell ab abrras asiv ivo. o.
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La ba baux uxit itaa es el mi mine nerral má máss ut utililiz izad ado o en la fab abri rica caci ción ón de al alúm úmin ina. a.
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Este compuesto, de fórm Est rmu ula Al2 l2O O3, se emple leaa par araa uso soss mu muyy div iveerso sos: s: produc ucci ció ón de cori co rind ndón ón (A (Alu lumi mini nio) o),, fab abri rica caci ción ón de pi pied edra rass se semi mipr prec ecio iosa sass (r (rub ubí, í, za zafi firo ro.. ...) .),, fab abri rica caci ción ón de ma matter eria iale less ce cerrám ámic ico os res esis istten enttes a el elev evad adas as tem empe perratu turras as,, de dese seca can nte tes, s, ab abrras asiv ivos os,, entre ent re otr otros.. os....
EXTRACCIÓN DEL ALUMINIO El al alum umin inio io se pu pued edee ext xtrrae aerr de la Ba Baux uxit ita, a, po porr lo loss si sigu guie ien nte tess pr proc oces esos os:: 1. Me Medi dian antte el pr proc oces eso o Ba Baye yerr se tr tran ansf sfor orma ma la Ba Baux uxit itaa en Al Alúm úmin ina, a, y a con onti tinu nuac ació ión n 2. Me Medi dian ante te el elec ectr tról ólis isis is se tr tran ansf sfor orma ma la Al Alúm úmin inaa en Al Alum umin inio io .
PROCESO BAYER
BAUXITA
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La bauxita es una roca sedimentaria de origen químico compuesta mayoritariamente por alúmina (Al2O3) y, en menor medida, óxido de hierro y sílice. Es de color rojizo. Es la principal fuente de aluminio utilizada por la industria. Es un residuo producido por la meteorización de las rocas ígneas en condiciones geomorfológicas y climáticas favorables.
PROCESO BAYER •
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El proceso Bayer es el principal método industrial para producir alúmina a partir de bauxita. Inventado por el austriaco Karl Bayer en 1889 y basado en la disolución de la bauxita con hidróxido sódico (SOSA CÁUSTICA). Las primeras plantas industriales de producción de alúmina basadas en el proceso Bayer se instalaron en Francia y en Irlanda en la década de 1890. Karl era hijo de Friedrich Bayer, fundador de la empresa química y farmacéutica Bayer.
DETALLES DEL PROCESO BAYER •
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El proceso Bayer consiste en la solubilización de los óxidos de aluminio tratando la bauxita pulverizada con sosa cáustica (hidróxido sódico) a alta temperatura y bajo presión . La disolución , debidamente liberada de sólidos por desarenado, sedimentación y filtración , al enfriar precipita hidróxido de aluminio que se separa, deshidrata y calcina para producir alúmina calcinada. Si se eleva la temperatura por encima de 2.500 grados se produce corindón, y si se dopa con óxidos metálicos específicos se produce toda una gama de piedras semipreciosas (rubí, zafiros,...).
PROCESO DEL BAYER RESUMIDO •
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Se tritura la bauxita y luego se lava con una solución caliente de hidróxido sódico (sosa caústica), NaOH. La sosa disuelve los minerales de aluminio pero no los otros componentes de la bauxita, que permanecen sólidos. Para luego pasar el licor por un precipitado y lavado. La Disolución y Separación de residuos (después De la Lixiviación y el Precipitado). El proceso final: la Calcinación.
I. •
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Preparación de la bauxita:
El primer paso en la planta de alúmina es la reducción del tamaño de partícula de la bauxita, para incrementar la superficie de reacción y facilitar su manejo, se realiza a través de triturador de placa y molino de bola, ambos de vía húmeda. Para obtener una suspensión de sólidos con un 80% en peso de partículas con diámetro inferior a 300 micras. En el triturador de placas se mezclan con cal para disminuir la concentración de fosfatos en la materia prima y se adiciona licor cáustico a la entrada del molino. Se obtiene bauxita en suspensión.
MOLINODECVG BAUXILUM,CXA
II.
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DIGESTIÓN O LIXIVIACIÓN:
Disolución de la alúmina de manera selectiva con NaOH (para no disolver el hierro). La carga se trata en autoclaves de acero durante un periodo que oscila entre 2-8 horas a una temperatura media de 140 -150 ºC y a presiones absoluta de 5 bares:
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Para el monohidrato (Proceso Bayer Europeo): (Al2O3 . H2O + impurezas) + 2NaOH → 2NaAlO2 + 2H2O + lodos rojos
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Para el trihidrato (Proceso Bayer Americano): (Al2O3 . 3H2O + impurezas) + 2NaOH → 2NaAlO2 + 4H2O + lodos rojos
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De forma general: (Al2O3 . x . H2O) + 2NaOH → 2NaAlO2 + (x+1) . H2O
DIGESTORESCVGBAUXILUM,CXA
III. DILUCIÓN Y SEPARACIÓN DE RESIDUOS: •
Al final de la digestión, la suspensión que abandona el último digestor conteniendo la solución de aluminato, arenas y lodos rojos (partículas finas), está a una temperatura por encima de su punto de ebullición a presión atmosférica, de manera que es pasada a través de un sistema de enfriamiento por expansión en el cual ocurre una despresurización en forma escalonada hasta la presión atmosférica y una disminución de la temperatura hasta aproximadamente 105-100 ºC.
a)Desarenado. Donde la pulpa se somete a la separación de los lodos y arenas que contiene. Las arenas separadas en la operación anterior son pasadas a través de clasificadores y posteriormente lavadas. En cuanto a los lodos son enviados a tanques almacenadores para la alimentación de los espesadores. Es en estos tanques, donde se adiciona el agente floculante que va a facilitar el proceso de sedimentación en los espesadores.
DESARENADORDELAPLANTACVGBAUXILUMCXA
b) Sedimentación, lavado y deshecho de lodos rojos. La sedimentación se lleva a cabo en tanques espesadores, y el lodo rojo depositado en el fondo de éstos, es removido continuamente por un sistema de rastrilleo. Este lodo rojo saliente por la parte inferior de los espesadores, es lavado con el fin de recuperar la solución caústica (alcalina) y el licor que contiene alúmina disuelta, produciéndose simultáneamente un lodo que ha de ser desechado, mientras que el agua de lavado es enviada al área disolución.
LAVADORESYESPESADORESCVGBAUXILUMCXA
c)Filtración de seguridad. Las partículas finas en suspensión deben ser separadas, de lo contrario contaminarían el producto, y ello es logrado mediante una filtración de seguridad. El proceso se realiza por medio de filtros a presión. Una vez que la solución pase a través de esta filtración, es enviada a una sección de enfriamiento por expansión instantánea, donde se le confiere al licor la temperatura requerida para la precipitación 50 ºC ó 70 ºC, según el tipo de proceso Bayer Europeo o Americano respectivamente. •
Al salir del filtro el licor debe pasar por un sistema de Enfriamiento por Expansión Instantánea.
FILTRODESEGURIDADKELLYDECVGBAUXILUMCXA
IV. PRECIPITACIÓN: •
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La solución de aluminato sódico es conducida a grandes tanques de precipitación, donde se añade como cebo trihidrato de aluminio que procede de operaciones anteriores y se deja enfriar lentamente. Para la precipitación de la alúmina Al(OH)3), la disolución fértil se pasa primero a alta temperatura y se concentra a valores más bajos (65 ºC – 40 ºC y 100 -150 g/l de Na2O). Luego se clasifican en Ciclones por tamaño los cristales para obtener un corte grueso que se conoce como producto y dos cortes más finos que determinan las semillas fina e intermedia, las cuales se reciclan a la fase de precipitación.
TANQUESDEPRECIPITADOCVGBAUXILUMCXA
CICLONESDECLASIFICACIÓNDEHIDRATOS PRECIPITADOSCVGBAUXILUMCXA
V. CALCINACIÓN •
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El Hidrato Grueso Lavado y Filtrado se somete a secado y calcinación. El secado se consigue aprovechando los gases calientes del calcinador y, una vez seco el mismo, se pone en contacto a alta temperatura (>1000ºC) en un horno. De esta forma se obtiene el producto final, la alúmina no higroscópica (Al2O3). La reacción es la siguiente: 2Al(OH)3 → Al2O3 + 3H2O
CALCINADORCVGBAUXILUMCXA
DIAGRAMA DE FLUJO DEL PROCESO
PLANTA GENERAL DEL PROCESO •
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EXTRACCIÓN DE BAUXITA REFINADO DE ALÚMINA PRODUCCIÓN DE ALUMINIO
RESIDUOS GENERADOS
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Es en las plantas de fabricación de alúmina, siguiendo el proceso generalizado Bayer, donde se producen los denominados lodos rojos.
En las plantas de fabricación de aluminio o las de extrusión o fundición del mismo para toda la gama enorme de aplicaciones no se genera este tipo de residuo.
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El barro rojo vertido tiene su origen en el ataque del mineral bauxita con sosa para producir alúmina. La parte de bauxita que no tiene aluminio, no es soluble en la sosa y se separa como barro rojo. Este barro, por su alto contenido de óxido de hierro mancha todo lo que toca. Además puede tener algo de sosa residual y metales pesados. La sosa le da un pH cercano a 13 , y causa de forma inmediata irritación en los ojos y quemaduras en la piel. Su poder corrosivo es tal que si no se limpia bien, continúa penetrando desde la superficie de la piel hacia el interior del organismo, provocando quemaduras de grado máximo
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Los lodos no disueltos por la sosa cáustica, que debido al contenido en óxido de hierro toman el color rojo, están constituidos, mayoritariamente, por una mezcla de óxidos e hidróxidos de hierro, óxidos de titanio, cuarzo, con cantidades menores de arcillas, y otros minerales, dependiendo del yacimiento del que se ha extraído la bauxita. Contienen del orden de un 30% a un 50% de agua de constitución e impregnación y, si no han sido suficientemente lavados, cantidades apreciables de sosa cáustica disuelta en el agua de impregnación
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Los efectos sociales y ambientales de los lodos rojos, si no se contempla un plan de Gestión Ambiental y de Prevención de Riesgos Laborales desde el inicio del proyecto, pueden llegar a ser graves para la salud, el acceso al agua limpia y afección a los medios de subsistencia, así como pérdida de hábitat por la contaminación de los suelos.
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La sosa cáustica produce quemaduras de mayor o menor gravedad en función de la concentración el tiempo de exposición y la superficie de contacto. Irritación ocular. Si hay gotas en el aire por efecto del viento, se irritarían las vías respiratorias dependiendo de la concentración, los metales transportados y la temperatura. Los efectos de la soda cáustica son 100 veces superiores a la lejía (cloro). Puede afectar el aire, los recursos hídricos y los suelos, y por consiguiente la flora y la fauna. La combinación de un pH alto en el agua del suelo con la presencia de metales, produce daños en las raíces de los árboles. Esto da lugar a una pérdida de vitalidad, haciéndolos más sensibles a las plagas.
FASE DE DISEÑO : •
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Diseño de la planta de Refinado de Alúmina mediante las Mejores Técnicas Disponibles para disminuir los problemas generados por los residuos. Creación de una línea base ambiental. Evaluación ambiental de los procesos que se efectúan para la producción de alúmina y el impacto de los mismos sobre el medio natural (aire, suelo, agua, ..), con especial énfasis sobre los impactos en la salud de la comunidad afectada y otras áreas aguas abajo, al igual que los impactos sobre la economía de estas comunidades (exigencia legal). Estudio riguroso de la mecánica del suelo y estructural del muro de contención para la presa de relave.
FASE DE OPERACIÓN El Lavado en contracorriente de dichos lodos permite una muy completa recuperación de la sosa que puede bajar el pH (alcalinidad) hasta 9, valor que se aproxima al de los suelos calizos ya cultivables (Tecnología avanzada). Monitoreo de la producción de lodos rojos, y determinación exacta de la composición. Monitoreo de las aguas subterráneas (control de infiltraciones) y las aguas superficiales (control de derrames por escorrentía). Proyecto para el reciclaje efectivo del aluminio, que facilite la recolección, disposición y transporte del material de aluminio a las plantas de procesamiento para así disminuir al máximo la explotación de bauxita. •
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FASE DE CIERRE: Es recomendable que los procesos de reciclado de lodos rojos se inicien en la fase de operación. •
Obtención industrial de materiales cerámicos: Obtención de ladrillos
densos a partir de Barros Rojos, los cuales presentan valores superiores y mejores comportamientos frente a la resistencia al choque térmico, resistencia a flexión y compresión que los ladrillos comerciales. •
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Utilización de los Lodos Rojos en agricultura, como agente acondicionador de suelos. Utilización de los Lodos Rojos en la industria, como aditivo en las empresas de productos cerámicos y plásticos; producción de pigmentos y ladrillos sinterizados químicamente para la industria de la construcción;
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Para la producción de cada kilogramo de aluminio se requiere 2 kg de alúmina. Para producir 2 Kg. de alúmina se necesitan 4 kg de bauxita. Ventajas del Reciclaje. El aluminio puede ser procesado una y otra vez sin que se pierda su calidad, ahorrando energía y materiales en bruto. Reciclando un kilogramo de aluminio se pueden ahorrar 8 kilogramos de bauxita, 4 kilogramos de productos químicos y 14 Kw/h de electricidad.
